HK1224445B - 使用自相关矩阵进行预编码的用户设备、方法和装置 - Google Patents

Description

使用自相关矩阵进行预编码的用户设备、方法和装置

该申请要求2013年12月18日提交的美国专利申请序列号No.14/133,538的优先权的利益，其通过引用整体合并于此。

技术领域

实施例涉及无线通信。一些实施例涉及蜂窝网络(例如根据用于长期演进(LTE)的3GPP标准(3GPP LTE)之一操作的E-UTRAN网络)中的多入多出(MIMO)码本波束赋形。

背景技术

闭合环路MIMO系统典型地通过反馈路径将信道状态信息从接收机发送到发射机。信道状态信息可以用于采用波束赋形来补偿当前信道状况，增加接收机处的信噪比(SNR)等级。在这些传统系统中的某些系统中，可以基于信道状况在接收机处生成波束赋形矩阵。然后，波束赋形矩阵可以提供给发射机作为反馈。该反馈消耗了本来可以用于数据业务的带宽。为了减少与该反馈关联的开销，可以提供已知码本的码字，而不是实际波束赋形矩阵。码字可以指示发射机将使用哪个波束赋形矩阵。

在这些系统中，接收机将推荐预编码器的预编码信息反馈给发射机，以用于将波束赋形后的信号发送回到接收机。由于预编码器的选择限于特定码本，因此所推荐的预编码器基于当前信道状况可能并不是理想的。针对给定码本，多用户(MU)MU-MIMO和协调多点(CoMP)传输对这种量化误差特别敏感。虽然可以通过使用较大的码本来减小这种量化误差，但是推荐与较大的码本关联的预编码器将需要显著的额外反馈以及定义较大的码本。

因此，所需的是在不使用较大码本的情况下减小量化误差的用于预编码的用户设备(UE)和方法。还需要的是适合于LTE网络中的MU-MIMO和CoMP的减小量化误差的用于预编码的用户设备和方法。

附图说明

图1示出根据一些实施例的LTE(长期演进)网络的端到端网络架构的一部分以及该网络的各部件。

图2示出用于从增强节点B(eNB)到UE的下行链路传输的下行链路资源网格的结构；以及

图3示出根据一些实施例的UE。

具体实施方式

以下描述和附图充分示出特定实施例以使得本领域技术人员能够实践它们。其它实施例可以包括结构改变、逻辑改变、电改变、处理改变和其它改变。一些实施例的部分或特征可以包括于或替代以其它实施例的部分和特征。权利要求中所阐述的实施例囊括这些权利要求的所有可用等同物。

图1示出LTE(长期演进)网络的端到端网络架构的一部分以及该网络的各部件。该网络包括通过S1接口115耦合在一起的无线电接入网(例如，如所描述的，E-UTRAN或演进通用地面无线电接入网)102和核心网络(EPC)120。(注意，为了方便和简明，仅示出核心网络的一部分和RAN。

核心网络(EPC)120包括移动性管理实体(MME)122、服务网关(服务GW)124和分组数据网络网关(PDN GW)126。RAN 102包括宏基站(又称为宏eNodeB或eNB)105、低功率(LP)基站(或LP eNB)106、107和UE(用户设备或移动终端)110。

根据实施例，UE 110可以被布置成为基于码本的MIMO波束赋形执行线性预编码。在这些实施例中，UE可以使用自相关矩阵来导出加权矢量，以便反馈到eNB。这可以减小量化噪声。以下更详细地描述这些实施例。

MME在功能上与遗留服务GPRS支持节点(SGSN)相似。它管理接入中的移动性方面(例如网关选择和跟踪区域列表管理)。服务GW 124朝向RAN端接接口，并且在RAN与核心网络之间路由数据分组。此外，它可以是用于eNode-B间切换的本地移动性锚定点，并且还可以提供用于3GPP间移动性的锚定。其它责任可以包括法定拦截、计费和某种策略实施。服务GW和MME可以实现于一个物理节点或者分开的物理节点中。PDN GW朝向分组数据网络(PDN)端接SGi接口。它在EPC与外部PDN之间路由数据分组，并且可以是用于策略实施和计费数据收集的关键节点。它也可以为非LTE接入提供用于移动性的锚定点。外部PDN可以是任何种类的IP网络和IP多媒体子系统(IMS)域。PDN GW和服务GW可以实现于一个物理节点或者分开的物理节点中。

eNode-B(宏eNode-B或微eNode-B)端接空中接口协议，并且通常(但并非总是)用于UE 110的第一接触点。在一些实施例中，eNode-B可以实现用于RAN的各种逻辑功能，包括但不限于RNC(无线电网络控制器功能)，例如无线电承载管理、上行链路和下行链路动态无线电资源管理和数据分组调度以及移动性管理。

S1接口是将RAN与EPC分开的接口。它被划分为两个部分：S1-U，其在eNode-B与服务GW之间传送业务数据；以及S1-MME，其为eNode-B与MME之间的信令接口。X2接口是各eNodeB之间(至少多数之间，如以下关于微eNB将提到的那样)的接口。X2接口包括两个部分：X2-C和X2-U。X2-C是各eNode-B之间的控制平面接口，而X2-U是各eNode-B之间的用户平面接口。

在蜂窝网络的情况下，LP小区典型地用于将覆盖扩展到室外信号并不良好地到达的室内区域，或者用于在电话使用率非常密集的区域(例如火车站)中增加网络容量。如在此所使用的那样，术语低功率(LP)eNB指代用于实现(比宏小区窄的)较窄小区(例如毫微微小区、微微小区或微小区)的任何合适的相对低功率eNodeB。毫微微eNB典型地由移动网络运营商提供给其民用消费者或企业消费者。毫微微小区典型地是民用网关的大小或更小，并且通常连接到用户的宽带线路。一旦插入，毫微微小区就连接到移动运营商的移动网络，并且提供典型地用于民用毫微微小区的30米至50米范围的额外覆盖。因此，LP eNB 107可以是毫微微eNB，因为它通过PDN GW 126耦合。相似地，微微小区是典型地覆盖很小区域(例如建筑物中(办公室、商城、火车站等)，或者更新近地，飞行器中)的无线通信系统。微微小区eNB通常可以通过其基站控制器(BSC)功能经由X2链路连接到另一eNB(例如宏eNB)。因此，LP eNB 106可以用微微小区eNB实现，因为它经由X2接口耦合到宏eNB。微微小区eNB或用于该事情的其它LP eNB可以包括宏eNB的一些或所有功能。在一些情况下，这可以称为接入点基站或企业毫微微小区。

图2示出用于从eNB到UE的下行链路传输的下行链路资源网格的结构。所描绘的网格示出称为资源网格的时间-频率网格，其为每个时隙中的下行链路中的物理资源。这种时间-频率平面表示是用于OFDM系统的普遍实践，使得对于无线电资源分配是直观的。资源网格的每列和每行分别对应于一个OFDM符号和一个OFDM子载波。时域中的资源网格的持续时间对应于无线帧中的一个时隙。资源网格中的最小时间-频率单元表示为资源元素。每个资源网格包括多个资源块，其描述特定物理信道对资源元素的映射。每个资源块包括资源元素的集合，并且在频域中，这表示当前能够分配的资源的最小份额。存在使用这些资源块传递的若干不同的物理下行链路信道。与本公开特别相关的是，这些物理下行链路信道中的两个是物理下行链路共享信道和物理下行链路控制信道。

物理下行链路共享信道(PDSCH)将用户数据和更高层信令传送到UE 110(图1)。物理下行链路控制信道(PDCCH)传送关于与PDSCH信道有关的传输格式和资源分配的信息。它还通知UE与上行链路共享信道有关的传输格式、资源分配和H-ARQ信息。典型地，基于从UE反馈到eNB的信道质量信息，在eNB处执行下行链路调度(将控制信道资源块和共享信道资源块分配给小区内的UE)，然后在用于(分配给)UE的控制信道(PDCCH)上将下行链路资源分配信息发送到UE。

PDCCH使用CCE(控制信道元素)来传递控制信息。在映射到资源元素之前，PDCCH复数值符号首先被组织为四元组，然后使用子块交织器对其进行排列，以便进行速率匹配。每个PDCCH是使用这些控制信道元素(CCE)中的一个或多个来发送的，其中每个CCE对应于九组被称为资源元素组(REG)的四个物理资源元素。四个QPSK符号映射到每个REG。取决于DCI的大小和信道条件，可以使用一个或多个CCE来发送PDCCH。可以存在具有不同数量的CCE(例如，聚合等级，L＝1、2、4或8)的LTE中所定义的四个或更多个不同的PDCCH格式。

在闭环MIMO(例如MU-MIMO和CoMP)中，通过预定义码本对信道矢量进行量化。典型地，可以使用迫零(ZF)预编码来减少用户间干扰。传统上，尚未尝试减少量化影响。在此所公开的实施例提供一种改进的线性预编码方法，其减少量化噪声的影响，而无需改变码本。

传统上，关于ZF或MMSE的推导，没有考虑量化噪声。根据实施例，代替在预编码中使用码本，可以在以最小化量化噪声影响的方式导出加权矢量中使用对应的自相关矩阵。

多个协作发射机和非协作接收机(例如多个小区之间的CoMP和MU-MIMO)看作处于小区内。假设NxK信道矩阵H＝[h₁ h₂ ..... h_N]^T。具有KxK预编码矩阵W的接收到的信号可以表示为：

y＝HWd+n

其中，d是Kx1数据矢量，n表示噪声。3GPP将用于有限反馈的码本指定为C＝{c₁ c₂...... c_M}。

量化：对于信道矢量h_n，选取码本索引i_n，其如下产生更接近h_n的码本矢量：

其中，

对于ZF预编码，加权矩阵由给出，其中，g是归一化系数。归因于码本中固有的量化，合成信道HW并非对角矩阵。因此，对于传统ZF预编码，用户间干扰是不可避免的。

根据一些实施例，首先定义产生第m个码本矢量的一组信道矢量：

S_m＝{h|Q(h)＝c_m}. (2)

与第m个码本矢量对应的自相关矩阵可以定义如下：

代替使接收到的SIR最大化(这在数学上是棘手的)，在此所公开的实施例可以使从发送角度来看的SIR最大化，其定义如下：

其中，w_n是W的第n列矢量。为了避免噪声增强，可以通过将SINRtx定义如下来加入噪声功率(σ²)：

其中，

通过定义我们得到：

通过应用白化滤波器SIR变为：

当以下情况成立时，SINR可以最大化：

的主特征矢量

因此，将使SIR最大化，其中：

的主特征矢量

从以上可见，给定任何码本设计，可以使用公式(1)所描述的量化和公式(2)中的集合S_m来预先计算自相关矩阵。在此所公开的实施例无需对现有LTE规范进行任何改变(例如，可以使用相同码本)。可以通过仿真来导出用于参数c的优化值的闭式表达式，但这并非要求。

根据一些实施例，基于自相关矩阵的量化提供如下：

其中，

当UE 110(图1)执行这种基于自相关矩阵的量化技术时，虽然从量化方法(1)和集合S_k(2)获得自相关矩阵R_k，但观测到附加增益。

在一些实施例中，执行加权矢量的归一化，使得如下调节每天线的最大发送功率：

由于每Tx天线的功率放大器是固定的，因此这种归一化可以是更实际的假设。出于比较的目的，我们还如下仿真MMSE预编码：

表1示出4x4MIMO系统中的加合容量的均值中的优于ZF的增益。

图3示出根据一些实施例的UE的功能框图。UE 300可以适合于用作UE 110(图1)。UE 300可以包括物理层电路302，用于使用一个或多个天线301将信号发送到并且接收自eNB 105和106(图1)。UE 300还可以包括介质访问控制层(MAC)电路304，用于控制对无线介质的访问。UE 300还可以包括处理电路306和存储器308，被布置为执行用于在此所描述的基于自相关的预编码的操作。

根据一些实施例，UE 300可以被布置为执行用于基于MIMO码本的波束赋形的线性预编码。在这些实施例中，UE可以使用自相关矩阵来导出加权矢量，以便进行反馈。这种基于自相关矩阵的量化技术可以减少量化噪声。

在一些实施例中，UE 300可以执行线性预编码方法，以减少量化噪声的影响。所述方法可以包括：从预定义码本的码本矢量生成自相关矩阵；以及从所述自相关矩阵导出用于反馈的加权矢量，以用于基于码本的波束赋形。在这些实施例中，与码本对应的自相关矩阵用于导出加权矢量，减少通常与传统码本量化技术关联的量化影响。

在一些实施例中，UE 300可以被布置为在3GPP LTE网络中操作，并且可以被布置用于提供加权矩阵的形式的量化后的信道反馈，以用于协调多点(CoMP)、多用户多入多出(MU-MIMO)或闭环MIMO操作之一。

在一些实施例中，UE 300也可以确定产生预定义码本的对应码本矢量(Cm)的一组信道矢量(Sm)；确定与码本矢量(Cm)对应的自相关矩阵(Rm)；针对自相关矩阵使发送信干比(SIRtxn)(即，并非接收到的SIR)最大化，包括加入噪声功率(σ²)并且应用白化滤波器；以及使用自相关矩阵来对接收到的信道矩阵(hn)的矢量执行基于自相关的量化，以产生码本的码本矢量。

在一些实施例中，UE 300也可以基于码本矢量来生成加权矩阵(W)的加权矢量(wn)，并且可以将加权矩阵发送到增强节点B(eNB)作为信道状态信息(CSI)反馈的一部分。

在一些实施例中，UE 300可以被布置为以加权矩阵形式提供量化后的信道反馈。在这些实施例中，UE 300可以被布置为：确定产生预定义码本的对应码本矢量(Cm)的一组信道矢量(Sm)；确定与所述码本矢量(Cm)对应的自相关矩阵(Rm)；针对所述自相关矩阵使发送信干比(SIRtxn)(即，并非接收到的SIR)最大化，包括加入噪声功率(σ²)并且应用白化滤波器；以及使用所述自相关矩阵对接收到的信道矩阵(hn)的矢量执行基于自相关的量化，以产生所述码本的码本矢量。在这些实施例中，加权矩阵可以用于协调多点(CoMP)、多用户多入多出(MU-MIMO)或闭环MIMO信道。

在一些实施例中，UE 300可以是便携式无线通信设备(例如个人数字助理(PDA)、具有无线通信能力的膝上型或便携式计算机、web平板、无线电话、智能电话、无线耳机、寻呼机、即时传信设备、数码相机、接入点、电视、媒体设备(例如心率监测器、血压监测器等)或其它可以通过无线方式接收和/或发送信息的设备)的一部分。在一些实施例中，UE 300可以包括键盘、显示器、非易失性存储器端口、多个天线、图形处理器、应用处理器、扬声器以及其它移动设备元件中的一个或多个。显示器可以是包括触摸屏的LCD屏幕。

UE 300所利用的一个或多个天线301可以包括一个或多个方向性天线或全向性天线，包括例如双极天线、单极天线、贴片天线、环路天线、微带天线或适合于传输RF信号的其它类型的天线。在一些实施例中，代替两个或更多个天线，可以使用具有多个孔径的单个天线。在这些实施例中，每个孔径可以看作分离的天线。在一些多入多出(MIMO)实施例中，天线可以有效地分离以利用可能在天线中的每一个与发送站的天线之间产生的空间分集以及不同信道特性。在一些MIMO实施例中，天线可以分离高达波长的1/10或更长。

虽然UE 300示出为具有若干分离功能元件，但功能元件中的一个或多个可以组合并且可以由软件配置的元件(例如包括数字信号处理器的处理元件)和/或其它硬件元件的组合实现。例如，一些元件可以包括一个或多个微处理器、DSP、专用集成电路(ASIC)、射频集成电路(RFIC)以及用于至少执行在此所描述的功能的各种硬件和逻辑电路的组合。在一些实施例中，功能元件可以指代一个或多个处理元件上操作的一个或多个处理。

实施例可以实现于硬件、固件和软件之一或其组合中。实施例也可以实现为计算机可读存储设备上所存储的指令，计算机可读存储介质可以由至少一个处理器读取并且执行以执行在此所描述的操作。计算机可读存储介质可以包括用于以机器可读的形式存储信息的任何非瞬时机构(例如计算机)。例如，计算机可读存储介质可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备以及其它存储设备和介质。在这些实施例中，一个或多个处理器可以被配置有用于执行在此所描述的操作的指令。

在一些实施例中，UE 300可以被配置为：根据OFDMA通信技术经由多载波通信信道接收OFDM通信信号。OFDM信号可以包括多个正交子载波。在这些宽带多载波实施例中，UE300和eNB可以被配置为：根据正交频分多址(OFDMA)技术进行通信。

在一些LTE实施例中，无线资源的基本单元是物理资源块(PRB)。PRB可以包括频域中的12个子载波x时域中的0.5ms。可以(在时域中)成对地分配PRB。在这些实施例中，PRB可以包括多个资源元素(RE)。RE可以包括一个子载波x一个符号。

eNB可以发送两种类型的参考信号，包括解调参考信号(DM-RS)、信道状态信息参考信号(CIS-RS)和/或公共参考信号(CRS)。DM-RS可以由UE用于数据解调。可以在预定PRB中发送参考信号。

在一些实施例中，OFDMA技术可以是使用不同上行链路和下行链路频谱的频域双工(FDD)技术或对于上行链路和下行链路使用相同频谱的时域双工(TDD)技术。

在一些其它实施例中，UE 300和eNB可以被配置为：传递使用一种或多种其它调制技术(例如扩频调制(例如直接序列码分多址(DS-CDMA))和/或跳频码分多址(FH-CDMA)、时分复用(TDM)调制和/或频分复用(FDM)调制)发送的信号，但实施例的范围不限于此。

在一些LTE实施例中，UE 300可以计算可用于针对闭环空间复用传输模式执行信道适配的若干不同反馈值。这些反馈值可以包括信道质量指示符(CQI)、秩指示符(RI)和预编码矩阵指示符(PMI)。通过CQI，发射机选择若干调制字母表和码速率组合之一。RI通知发射机用于当前MIMO信道的有用传输层的数量，并且PMI指示在发射机处所应用的预编码矩阵的码本索引(取决于发射天线的数量)。eNB所使用的码速率可以基于CQI。PMI可以是UE计算的并且报告给eNB的矢量。在一些实施例中，UE可以发送包含CQI/PMI或RI的格式2、2a或2b的物理上行链路控制信道(PUCCH)。

在这些实施例中，CQI可以是UE 300所经历的下行链路移动无线电信道质量的指示。CQI允许UE 300关于给定的无线电链路质量向eNB提出要使用的优化调制方案以及编码速率，使得得到的传输误块率将不超过特定值(例如10％)。在一些实施例中，UE可以报告指代系统带宽的信道质量的宽带CQI值。UE也可以报告更高层可配置的特定数量的资源块的每子带的子带CQI值。整个子带集合可以覆盖系统带宽。在空间复用的情况下，可以报告每码字的CQI。

在一些实施例中，PMI可以指示将由eNB对于给定的无线电条件使用的最优预编码矩阵。PMI值指代码本表。网络配置PMI报告所表示的资源块的数量。在一些实施例中，为了覆盖系统带宽，可以提供多个PMI报告。也可以为闭环空间复用、多用户MIMO和闭环秩1预编码MIMO模式提供PMI。

在一些协作多点(CoMP)实施例中，网络可以被配置用于对UE的联合传输，其中，两个或更多个协作/协调点(例如远程无线电头(RRH))联合地进行发送。在这些实施例中，联合传输可以是MIMO传输，协作点被配置为执行联合波束赋形。

提供摘要以符合要求将允许读者确知技术公开的性质和主旨的摘要的37C.F.R章节1.72(b)。应理解，其将不用于限制或解释权利要求的范围或涵义。所附权利要求由此合并到具体实施方式，其中，每一权利要求自身代表单独优选实施例。

Claims (15)

1.一种用于减少量化噪声的影响的线性预编码方法，所述方法包括：

从预定义码本的码本矢量生成自相关矩阵；以及

从所述自相关矩阵导出用于反馈的加权矢量，以用于基于码本的波束赋形。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法由3GPP LTE网络中的用户设备UE执行，以便以加权矩阵的形式提供量化后的信道反馈，用于协调多点CoMP、多用户多入多出MU-MIMO或闭环MIMO操作之一。

3.如权利要求2所述的方法，还包括：

确定产生所述预定义码本的对应码本矢量Cm的信道矢量集合Sm；

确定与所述码本矢量Cm对应的自相关矩阵Rm；

针对所述自相关矩阵使发送信干比SIRtxn而不是接收到的SIR最大化，包括加入噪声功率σ²并且应用白化滤波器；以及

使用所述自相关矩阵对接收到的信道矩阵hn的矢量执行基于自相关的量化，以产生所述码本的码本矢量。

4.如权利要求3所述的方法，还包括：

基于所述码本矢量来生成加权矩阵W的加权矢量wn；以及

将加权矩阵作为信道状态信息CSI反馈的一部分发送到增强节点B即eNB。

5.一种由3GPP LTE网络中的用户设备UE执行以用于提供加权矩阵形式的量化后的信道反馈的方法，所述方法包括：

确定产生预定义码本的对应码本矢量Cm的信道矢量集合Sm；

确定与所述码本矢量Cm对应的自相关矩阵Rm；

针对所述自相关矩阵使发送信干比SIRtxn最大化，包括加入噪声功率σ²并且应用白化滤波器；以及

使用所述自相关矩阵对接收到的信道矩阵hn的矢量执行基于自相关的量化，以产生所述码本的码本矢量。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述加权矩阵用于协调多点CoMP、多用户多入多出MU-MIMO或闭环MIMO信道之一。

7.一种用户设备UE，包括处理电路和物理层电路PHY，所述处理电路被布置为：

从预定义码本的码本矢量生成自相关矩阵；以及

从所述自相关矩阵导出用于反馈的加权矢量，以用于基于码本的波束赋形。

8.如权利要求7所述的UE，其中，所述UE被布置为操作在3GPPLTE网络中，并且所述PHY被布置为发送加权矩阵形式的量化后的信道反馈，以用于协调多点CoMP、多用户多入多出MU-MIMO或闭环MIMO操作之一。

9.如权利要求8所述的UE，其中，所述处理电路还被布置为：

确定产生所述预定义码本的对应码本矢量Cm的信道矢量集合Sm；

确定与所述码本矢量Cm对应的自相关矩阵Rm；

针对所述自相关矩阵使发送信干比SIRtxn最大化，包括加入噪声功率σ²并且应用白化滤波器；以及

使用所述自相关矩阵对接收到的信道矩阵hn的矢量执行基于自相关的量化，以产生所述码本的码本矢量。

10.如权利要求9所述的UE，其中，所述处理电路还被布置为：基于所述码本矢量来生成加权矩阵W的加权矢量wn，并且

其中，所述PHY被布置为：将加权矩阵作为信道状态信息CSI反馈的一部分发送到增强节点BeNB。

11.一种计算机可读存储介质，包括指令，所述指令在由用户设备UE的处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。

12.一种用于减少量化噪声的影响的线性预编码装置，所述装置包括：

用于从预定义码本的码本矢量生成自相关矩阵的模块；以及

用于从所述自相关矩阵导出用于反馈的加权矢量，以用于基于码本的波束赋形的模块。

13.如权利要求12所述的装置，还包括：

用于确定产生所述预定义码本的对应码本矢量Cm的信道矢量集合Sm的模块；

用于确定与所述码本矢量Cm对应的自相关矩阵Rm的模块；

用于针对所述自相关矩阵使发送信干比SIRtxn而不是接收到的SIR最大化，包括加入噪声功率σ²并且应用白化滤波器的模块；以及

用于使用所述自相关矩阵对接收到的信道矩阵hn的矢量执行基于自相关的量化，以产生所述码本的码本矢量的模块。

14.如权利要求13所述的装置，还包括：

用于基于所述码本矢量来生成加权矩阵W的加权矢量wn的模块；以及

用于将加权矩阵作为信道状态信息CSI反馈的一部分发送到增强节点B即eNB的模块。

15.一种用于提供加权矩阵形式的量化后的信道反馈的装置，所述装置包括：

用于确定产生预定义码本的对应码本矢量Cm的信道矢量集合Sm的模块；

用于确定与所述码本矢量Cm对应的自相关矩阵Rm的模块；

用于针对所述自相关矩阵使发送信干比SIRtxn最大化，包括加入噪声功率σ²并且应用白化滤波器的模块；以及

用于使用所述自相关矩阵对接收到的信道矩阵hn的矢量执行基于自相关的量化，以产生所述码本的码本矢量的模块。